專利名稱：二價酸酯和烴溶劑的清洗組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從基片的表面，特別是從印刷電路板的表面除去助焊劑的清洗組合物和清洗方法。
在將元件焊接到印刷電路板上的焊接操作之前，通常必須使用助焊劑，以確保焊劑焊牢。除了要焊劑焊接的導(dǎo)電表面部分之外，印刷電路板可以用焊接掩膜將基片表面全部蓋住加以保護(hù)?？梢杂檬止ぁ⒉ǚ?、回流方法進(jìn)行焊劑焊接。在用波焊時，基片用機(jī)械方法輸送過來，并與助焊劑接觸，然后與熔融焊劑波接觸。在基片上除了存在焊接掩膜的地方外，焊劑粘附到全部導(dǎo)電表面。在回流焊中，含有助焊劑和呈粉狀焊接金屬的焊膏只是涂在要進(jìn)行焊劑焊接的地方。將元件就位，并將整個印刷電路板加熱以使焊劑熔化。焊接后，在組件上遺留的助焊劑，由于腐蝕、吸水和其他作用，可使電路過早失靈，所以必須除去遺留的助焊劑。
在Hayes等人的U.S.P.4，640，719中公開了萜烯化合物清洗印刷電路板的應(yīng)用。該專利公開了用萜烯化合物清洗殘留助焊劑，特別是松香助焊劑和絕緣帶殘余物。這些萜烯化合物例如包括α-和β-異構(gòu)體的蒎烯、γ-萜品烯、δ-3-蒈烯、苧烯和有苧烯的二聚戊烯，最好是二聚戊烯。二聚戊烯是苧烯旋光異構(gòu)體的外消旋混合物。該專利也指出，這些萜烯化合物幾乎完全不溶于水，并且不能直接用水洗去。因此，在優(yōu)選的方案中，萜烯化合物與一種或多種能夠乳化萜烯和水的乳化表面活性劑混合，以便除去它們。
本發(fā)明涉及一種包括(a)一種二價酸酯和(b)一種烴類溶劑的清洗組合物以及這種組合物在除去基片(例如印刷電路板)表面殘余物的應(yīng)用。在本發(fā)明的另一個方案中清洗組合物含有相容的組分，例如表面活性劑。在本發(fā)明的第三個方案中，清洗組合物含有與水相容的表面活性劑。
本發(fā)明的清洗組合物可用于任意基片表面，特別是用于如焊接操作后存在過量殘余助焊劑的表面。優(yōu)選的基片表面是印刷電路板表面，該表面可以或不可以在不需要涂焊劑的區(qū)域用焊接掩板永久涂層保護(hù)。在本發(fā)明中所用的印刷電路板是廣義的印刷電路板，并包括印刷線路板(PWBs)。
在本發(fā)明中，二價酸酯溶劑和烴溶劑混合使用，并且認(rèn)為這種混合物全部代替了目前使用的，特別適于清洗印刷電路板的清洗劑的氯氟烴(CFC)溶劑的應(yīng)用。該清洗組合物可任意地另外含有一種相容的組分，如表面活性劑。另一種任選的且特別優(yōu)選的方法是與一種添加的相容的表面活性劑一起使用。三氯三氟乙烷和甲醇的共沸物(例如E.I du Pont de Nemours and Company銷售的商標(biāo)為Freon TMS)比已知的清洗印刷電路板上的助焊劑的方法要好，但是，人們認(rèn)為，使用全鹵化的氯氟烴材料對環(huán)境不利，因?yàn)樗雇瑴貙又械某粞鯗p少。因此，人們認(rèn)為，對其他不含全鹵化物CFC的清洗組合物的任何改進(jìn)都是很有意義的。根據(jù)本發(fā)明，可把殘余的離子污染物減少到很低的水平(盡管該水平比用全鹵化的CFC甲醇共沸物清洗時稍高)。但是這些結(jié)果表明，和使用的其他的包括與乳化劑一起使用的萜烯化合物的清洗劑相比是有顯著的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明，使用二價酸酯或二價酸酯溶劑的混合物。使用常規(guī)定義的二價酸酯，典型的包括能夠進(jìn)行酯基反應(yīng)(例如水解和皂化)的二羧酸(二元酸)的二烷基酯。通常在低pH和高pH時它們能夠水解成它們相應(yīng)的醇和二元酸或酸鹽。優(yōu)選的二價酸酯溶劑有二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯和它們的混合物。由醇類衍生的具有長鏈烷基的其他酯類，例如乙基、丙基、異丙基、丁基和戊基的酯和它們的包括甲基酯的混合物都可使用。這些酯的酸部分也可以由其他低分子量和高分子量的二元酸得到，例如由乙二酸、丙二酸、庚二酸、辛二酸和壬二酸及它們的包括優(yōu)選的二元酸的混合物得到。這些和其他酯類只要它們至少部分溶于烴溶劑并且不是可燃液體(泰格閉杯法閃點(diǎn)等于或高于100°F)，并且在25℃水中至少有2.0%(重)的溶解度都可以使用。其他的相容的組分也可以添加，以改進(jìn)二價酸酯和烴溶劑的互溶性。
在本發(fā)明中，一種或多種烴組分與二價酸酯溶劑混合使用。用于本發(fā)明中的烴組分類型對清洗效果不是關(guān)鍵的，并且可以從很寬范圍的脂族和芳族溶劑中選擇。優(yōu)選的烴化合物或其摻合物不應(yīng)是可燃液體(泰格閉杯閃點(diǎn)為100°F或更高)，并且應(yīng)具有的溶度參數(shù)范圍以三維漢森(Hansen)溶度參數(shù)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，用每立方厘米卡的平方根作單位為非極性烴化合物是6.5-10.5，極性的是0-2.5，氫鍵合的是0-2.5。比較好的是上述的閃點(diǎn)為140°F或更高的烴化合物或其混合物。這些烴組分的例子是高閃點(diǎn)的由石油得到的溶劑，例如溶劑的(mineral spirts)、溶劑汽油(naphthas)和很容易從各種來源買到的芳烴。具體的例子有Exxon的“Isopar”、Shell的“Soltrol”和Ashland的“Hi-Sol”溶劑。在本發(fā)明中所用的術(shù)語“烴溶劑”顯然不包括萜烯。
除子二價酸酯和烴溶劑之外，可以使用至少一種相容的組分以改善摻合物的整體互溶性，即二價酸酯和烴溶劑的互溶性。優(yōu)選的相容的組分是非離子表面活性劑，其不僅可用來改善二價酸酯和烴組分的互溶性，而且在后面的水洗步驟中起促使乳化烴組分的作用。這類相溶的表面活性劑的例子有非離子脂肪醇乙氧基化物，其中的醇是在鏈(可以是直鏈或支鏈)上有10-20個碳原子的伯醇或仲醇，而乙氧基的平均數(shù)為2-7。
代替相溶的表面活性劑的相溶的溶劑也可以單獨(dú)使用，或與表面活性劑一起使用，以進(jìn)一步改善清洗劑摻合物的互溶性，特別是在低溫貯存和處理時所要求的互溶性。這類相溶的溶劑的例子有長鏈脂族醇和酯、乙二醇、乙二醇醚和乙二醇酯。例如2-乙基己醇、二丙二醇單甲基醚和二丙二醇單甲醚乙酸酯。所選擇的相溶組分決不應(yīng)導(dǎo)致成品清洗劑有較低的閃點(diǎn)。相溶表面活性劑和相溶溶劑可以混合使用。
在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水在清洗組合物中能起到增加清洗效果的作用，即由離子污染物的減少測得的結(jié)果。水的濃度不是關(guān)鍵的，但通常其用量不應(yīng)大于組合物重量的2%。水的濃度的一個實(shí)例是0.1-0.5%(重)。
并不認(rèn)為二價酸酯與溶劑的濃度或比例是關(guān)鍵的，這兩種組分的百分?jǐn)?shù)可以在很寬的范圍內(nèi)變化，例如僅以這兩種組分的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，是5-25%的二價酸酯和75-95%的烴溶劑。另外，如果使用酯的混合物，認(rèn)為每種酯的相應(yīng)量不是關(guān)鍵的，買來的酯的混合物可以直接使用。
相溶組分的量不是關(guān)鍵的，只要它能起到增加二價酸酯-烴溶劑混合物的溶度的作用便可以。一般地，相溶表面活性劑的用量不大于二價酸酯和烴溶劑混合物的15%(重)。如果需要，一般地，相溶的溶劑可使用例如直到全部摻合物重量的10%。
此外，如果使用酯的混合物，認(rèn)為各種酯的用量不是關(guān)鍵的，市場上買到的酯混合物可以直接使用。
本發(fā)明的重要的準(zhǔn)則是，由于使用二價酸酯和烴溶劑的混合物進(jìn)行清洗，使得離子污染物減少。優(yōu)選的清洗基片是印刷電路板，更具體地說是焊接操作后有松香助焊劑污染的印刷電路板。因?yàn)樵谥圃旎蛟谄浜笫褂眠@樣的印刷電路板時會產(chǎn)生疵點(diǎn)，所以對電路板表面潔凈度的要求就變得很重要。例如，由于活化的松香助焊劑產(chǎn)生的污染物可能會引起印刷電路板的腐蝕。
在清洗操作中，二價酸酯和烴溶劑混合物的接觸方法并不是關(guān)鍵的。優(yōu)選的清洗組合物的使用方法是噴霧法，但是其他的常規(guī)接觸操作也可以使用，包括浸漬方法。提高清洗組合物的溫度是可行的，例如可以直到90℃，但室溫材料可以直接使用。
使用液體之后，最好將基片用水(例如去離子水)清洗?？梢约訜崆逑此蕴岣咔逑葱Ч?br> 為了說明本發(fā)明，提供下列實(shí)施例。
實(shí)施例1使用溶劑接觸而后用水清洗的兩步清洗方法從印刷電路板(PWBs)上除去離子污染殘余物，來比較三種烴溶劑組合物的清洗性能。
溶劑1是一種含萜烯烴，主要是二聚戊烯與乳化表面活性劑的組合物。該組合物是由Petroferm公司購買的商標(biāo)為“Bioact”EC-7的產(chǎn)品。這種組合物含有少量水，也就是少于1%(重量)的水。
溶劑2和溶劑3是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容而且僅在烴組成上不同的組合物，其含有如下組分組分 近似重量%高閃點(diǎn)烴溶劑 75二價酸酯 15Du Pont Merpol SE表面活性劑 10〔Merpol SE表面活性劑含有約4%(重)的水〕溶劑2的烴部分是具有350°F到379°F沸點(diǎn)范圍的石油餾份，并且是由85%(重)環(huán)烷烴、14%(重)異鏈烷烴和1%(重)正鏈烷烴，而芳烴含量小于0.05%(重)組成的混合物。其閃點(diǎn)為127°F，且具有很小的無害氣味和低毒性。
溶劑3的烴部分也是石油餾份產(chǎn)品，只是其沸點(diǎn)范圍在400°F至441°F之間，閃點(diǎn)為159°F。它是69%(重)環(huán)烷烴、29%(重)異鏈烷烴、2%(重)正鏈烷烴且芳烴含量小于0.01%(重)的混合物。它也具有小的無害氣味和低毒性。
該二價酸酯是己二酸、戊二酸、琥珀酸的混合二甲基酯，其在烴中的極限溶解度小于10%(重)，而配方中的表面活性劑組分增強(qiáng)其溶混性。所說的二價酸酯和表面活性劑組分的閃點(diǎn)分別為212°F和199°F。
在本實(shí)施例中使用的PWBs是具有704孔的單面型板。每一個PWB測得約有28.0平方時。電路圖形由銅構(gòu)成，該銅用熔化的錫/鉛合金覆蓋。
所有PWBs都用63/37(重量)共晶錫/鉛焊料波在Electrovert Econopak Ⅱ波焊機(jī)上，焊機(jī)維持在250℃下進(jìn)行焊接，焊機(jī)的皮帶速度為每分鐘6呎，在焊接之前調(diào)整500℃預(yù)熱器從而給出約85℃的PWB頂部溫度。在預(yù)熱和焊接操作之前用刷子涂的助焊劑是一種常用松酯、中等活性助焊劑(Alpha 611F)。
用每一種溶劑清洗用上述方法焊接的一組五個印刷電線路。這些印刷線路板在4分鐘內(nèi)50psi下用所說溶劑逐一噴洗。過量液體溶劑用壓縮空氣吹掃掉，然后這些印刷線路板用水在4級工業(yè)清洗器中清洗。在水溫保持55℃下共清洗5分鐘。
殘留的離子污染物根據(jù)軍用規(guī)格方法MIL-P-28809在“Omega Meter”600上測得。在15分鐘試驗(yàn)中使用掉2500ml的75%(重)異丙醇和25%(重)水。各個讀數(shù)由每次清洗PWB得到。每一種溶劑的平均結(jié)果和計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差及離散表示如下平均殘留離子污染 標(biāo)準(zhǔn)偏差 離散微克NaCl當(dāng)量/平方吋1.溶劑1 13.6 0.63 0.402.溶劑2 5.4 0.43 0.193.溶劑3 7.6 1.20 1.40這些結(jié)果證明由于溶劑2和3與溶劑1相比在清洗后的基質(zhì)上有較低的離子殘留物，因而溶劑2和3較大地改善了清洗性能，所說溶劑1含有萜烯烴和乳化表面活性劑。
實(shí)施例2為了與實(shí)施例1中描述的組合物比較，制備另一種組合物。溶劑4是一種根據(jù)本發(fā)明理論的組合物，其含有
組分 近似重量%高閃點(diǎn)烴溶劑 92.5二價酸酯 7.5該烴組分是實(shí)施例1中溶劑2組合物所用的石油餾份產(chǎn)品，其餾程為350°F到379°F，閃點(diǎn)為127°F。
所有PWBs都根據(jù)實(shí)施例1所述方法進(jìn)行焊接、清洗和離子污染試驗(yàn)。離子污染試驗(yàn)結(jié)果表示如下平均殘留離子污染 標(biāo)準(zhǔn)偏差 離散微克NaCl當(dāng)量/平方吋4.溶劑4 6.3 1.3 1.8這些結(jié)果證明當(dāng)使用不乳化的表面活性劑時可以得到強(qiáng)的清洗效果。
實(shí)施例3制備一些其他組合物，并進(jìn)行試驗(yàn)，測定組合物中的水量對清洗性能的影響。
溶劑4有本發(fā)明的組成，不同之處僅在于表面活性劑組分，其組成如下組分 近似重量%高閃點(diǎn)烴溶劑 75二價酸酯 15無水表面活性劑 10在溶劑4中的表面活性劑部分與在溶劑2和溶劑3所用的Du Pont Merpol SE表面活性劑相似，只是不加水到組合物中。
制備一些其它的組合物，這些組合物除加入水外其組分和比例與溶劑4相似。
制劑 近似重量%水溶劑5 0.1溶劑6 0.5溶劑7 1.0溶劑4，5，6，和7的烴部分是沸程為400°F到441°F、閃點(diǎn)為159°F的石油餾份產(chǎn)品。它是69%(重)環(huán)烷烴、29%(重)異鏈烷烴和2%(重)正鏈烷烴而芳烴含量小于0.01%(重)的混合物。它也具有小的無害氣味和低毒性。
該二價酸酯是己二酸、戊二酸、琥珀酸的混合二甲基酯，其在所說烴中的極限溶解度小于10%(重)，而配方中的表面活性劑組分增強(qiáng)其溶混性。所說二價酸酯和表面活性劑組分的閃點(diǎn)為212°F。
表面活性劑部分是具有平均5摩爾環(huán)氧乙烷的脂肪醇乙氧基化物。該醇是一種支鏈中具有12個碳原子的仲醇。加到溶劑5、6和7中的水的離子要脫除到18兆歐-cm電阻。
在本實(shí)施例中所用的pwBs是具有4個加工孔的雙面型板。測得每一個PWB約有18平方吋。其基片是具有銅電路圖形的環(huán)氧玻璃鋼板，所說電路圖形用熔化的錫-鉛合金覆蓋。
所有的PWBs都用實(shí)施例1所述方法進(jìn)行焊接、清洗和試驗(yàn)，只是所用助焊劑是常用松脂、已充分活化的助焊劑(Kester 1585-Mil)。離子污染試驗(yàn)結(jié)果表示如下
平均殘留離子污染 標(biāo)準(zhǔn)偏差 離散微克NaCl當(dāng)量/平方吋1.溶劑4 8.0 1.51 2.292.溶劑5 4.1 0.71 0.513.溶劑6 3.6 0.68 0.464.溶劑7 3.6 0.33 0.11這些結(jié)果證明當(dāng)把水加到清洗溶劑中時可取得改善的清洗性能。
權(quán)利要求
1.一種配制的用于清洗印刷電路板的清洗組合物，該組合物主要由(a)一種二價酸酯和(b)一種烴溶劑組成，其中烴溶劑的定義除去萜烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于二價酸酯溶劑是二甲基酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于所說的二甲基酯溶劑是二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于使用二甲基酯溶劑的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于烴溶劑是高閃點(diǎn)脂族烴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于，所說的清洗組合物含有(c)可混溶的組分，該組分可增加二價酸酯-烴溶劑混合物的溶解度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于所說的相溶的組分是另一種溶劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗組合物，其特征在于所說的相溶的組分是一種表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的清洗組合物，其中含有(d)水。
10.一種從基片表面減少殘余物的方法，包括用配制的清洗印刷電路板的清洗組合物與所說表面接觸，所說清洗組合物主要包括(a)一種二價酸酯溶劑和(b)一種烴溶劑，其中烴溶劑的定義除去萜烯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所說的基片包括印刷電路板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所說的印刷電路板含有助焊劑殘余物。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所說的二價酸酯溶劑是二甲基酯。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所說的二甲基酯溶劑是二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯或它們的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于使用二甲基酯溶劑的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所說的清洗組合物含有(c)一種混溶的組分，該組分可增加二價酸酯-溶劑混合物的溶解度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所說的清洗組合物含有(d)水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于從印刷電路板上清洗助焊劑殘余物的清洗組合物，該清洗組合物含有二價酸酯溶劑和一種烴溶劑，并且選擇地含有一種混溶組分，以及還選擇地含有水。
文檔編號B08B3/04GK1049862SQ9010736
公開日1991年3月13日 申請日期1990年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月7日
發(fā)明者肯尼思·托馬斯·迪斯哈特, 馬克·卡特勒·沃爾夫, 哈羅德·倫納德·杰克遜 申請人:納幕爾杜邦公司